JP3861833B2

JP3861833B2 - 超音波検査方法及び装置

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Publication number: JP3861833B2
Application number: JP2003069070A
Authority: JP
Inventors: 義則武捨; 正浩小池; 憲寛渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004279144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波検査方法及び装置に係り、特に外形と検査部位の形状が互いに相似関係の無い異形の関係にある場合のその検査部位の非破壊検査に好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波検査装置は超音波を検査部位との間で送受信する超音波探触子と、その受信超音波信号に基づいて検査部位を映像化する手段を備える（例えば、特許文献１参照）。その超音波探触子は三次元方向の位置と向を変化させるスキャナ（Ｘ，Ｙ，Ｚ及びθ軸スキャナ）によって支持され、被検査体への超音波入射角と走査位置とを制御している（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９０７２４号公報
【特許文献２】
特開平５−１０７２３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すような、外形が四角の棒状部材２，３同士の接合は、一方の端面７に円筒状の凹部４を加工し、他方の端面８にはこれと勘合する円筒状の凸部５を加工し、両者をはめ合わせてろう付けしている。このような接合構造部材は、外面形状が四角形で内部接合面形状が円筒形となり、互いに相似関係が無いもので、ここでは以下異形部材または異形接合部材と呼ぶ。接合強度はロウ付けの良し悪しに影響されるため、ロウ付け接合面の接合状態を検査する必要がある。
【０００５】
従来、このロウ付け接合面の検査は、Ｘ線検査法あるいは超音波検査法を実施している。Ｘ線検査は、円筒形接合面の径方向にＸ線を透過し撮像している。従って、手前側の接合面と反対側の接合面の映像が重なって撮像されるので、検査が困難である。
【０００６】
また、超音波検査法を図２の接合構造物に適用する場合、次のような考えを本願の発明者が想定した。即ち、非集束型の超音波探触子１２を四角形の外表面に常に垂直にかつ、外表面と探触子との距離を一定にして超音波を入射してＸ−Ｙに平面走査し、円筒形の接合面からの反射波をＣスコープ表示（平面表示）して、欠陥の有無あるいは分布を見ることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、超音波検査法では、第１に非集束型の超音波探触子を四角形の外表面に常に垂直にかつ、外表面と探触子との距離を一定にして走査をしているため、超音波探触子が円筒面の中心ＯからＸ方向に離れるに従って、検査面である円筒形の接合面６に対する入射角度及び距離が変化する。これにより接合面欠陥に対する反射特性及び超音波探触子の指向性が影響し、円筒面の真上と円筒面から離れた位置での欠陥検出性が異なり正確な検査が出来なくなる。
【０００８】
第２に、超音波探触子の各走査位置で得られた反射波強度分布像に対して、ノイズ低減などの目的で、ある一定のしきい値で二値化処理を行った場合には、反射波強度分布像に表示される欠陥は、反射波強度が高い欠陥から低い欠陥まで種々存在することになる。例えば、図５に示すような、平面の接合面に対して超音波探触子をＸ−Ｙ走査した時に得られる反射波強度分布像で曲線で囲われた部分は反射波が受信された部分で欠陥を示す。同図の横軸はＸ方向位置、縦軸はＹ方向位置を示す。同図のあるＹ位置におけるＸ１−Ｘ２ライン上の強度分布を見ると図６の様で、欠陥ａは反射波強度が高く、欠陥ｂは反射波強度が低い。また、欠陥ｃ，ｄは近接している。従って、二値化処理により反射波強度が低い欠陥を表示しようとして二値化のしきい値を下げる（しきい値１）と図７の様に小さな欠陥は表示できるが反射波強度が高い欠陥はより大きな欠陥として表示されてしまい、さらに近接した欠陥は分離できず、実際の欠陥面積に対して過大評価する恐れが有る。逆に、反射波強度が高い欠陥面積を正確に表示しようとして二値化のしきい値を高く（しきい値２）すると図８の様に、当然小さな反射波強度の欠陥は検出されなくなってしまう。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、接合構造の接合面の超音波検査を正確に行うことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施例では、上記課題を解決するために以下の手段をとった。すなわち、被検査体内部の接合面に対して超音波を送受信する様に、超音波探触子の走査位置に応じて被検査体外表面から入射する超音波ビームの角度や超音波探触子と前記被検査体外表面との距離を変化させることによって各走査位置における接合面での超音波の反射条件を揃えて、前記被検査体内部の接合面からの反射波を前記超音波探触子で受信して反射波情報を得ることを特徴とするものである。
【００１１】
また、更なる特徴は、得られた反射波情報の内、設定した検索条件に合致する一つ又は複数個の反射波情報を選択し、該選択した反射波情報を第１次選択情報として登録し、前記第１次選択の反射波情報と該反射波情報が得られた走査位置に隣接した走査位置の反射波情報とを比較し、前記第１次選択した反射波情報に対して所定の条件に該当する反射波情報である場合は、その走査位置と反射波情報を第２次選択情報として登録する。次に、前記第１次選択した反射波情報と前記登録した第２次選択情報とを一群とし、前記第１次選択した反射波情報と前記一群の反射波情報が得られた最外郭の走査位置に隣接した走査位置の反射波情報とを比較し、前記第１次選択した反射波情報に対して所定の条件に該当する反射波情報である場合は、その走査位置と反射波情報を第３次選択情報として登録する。以下同様の処理を所定の条件を満たす第ｎ次まで繰返し、最終的に全走査位置における前記一連の処理の第１次から第ｎ次まで登録した情報とからなる一群を選択することを特徴とするものである。
【００１２】
さらに一層の特徴は、集束ビーム型超音波探触子を用い、該集束ビーム型超音波探触子の走査に従って常に被検査体内部の検査面に前記集束ビーム型超音波探触子の焦点を合致させ、かつ前記集束ビーム型超音波探触子の音軸が検査面に対して垂直若しくは一定の角度で入射させ、該集束ビーム型超音波探触子の各走査位置で得られた反射波強度情報に対して前述の第１次から第ｎ次まで登録した情報を得る処理を行い、その処理で得られた結果を各走査位置に対応した二次元の配列データとし、該二次元の配列データの一端から対向する他端への所定の経路におけるデータを集計し、該集計結果が設定したしきい値を越えたか否かで接合面の接合の良否の判定を行うことを特徴とするものである。その集計及び判定部分は、更に具体的には、前述の第１次から第ｎ次まで登録した情報を得る処理で得られた結果を、例えば二値化情報として映像化し、該映像の一定方向に対してライン毎に前記二値化情報を集計して、何れかのラインの集計結果が設定したしきい値を越えたか否かで接合面の接合の良否の判定を行うことを特徴とするものである。ここで言う二値化とは、各選択情報が持つ超音波の反射波強度値に対してあるしきい値を設け、そのしきい値を越えたものを例えば“１”、しきい値以下のものを“０”と符号化したもので、その符号化したデータを二値化情報と呼ぶ。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施形態について図を参照にしながら説明する。超音波検査の対象となる被検査体は外形が四角形の立方体である。更に詳細には、図１に示すような、外形が四角の角型の棒状部材２，３同士が接合されていて、一方の構造部材である前記一方の棒状部材２の端面７に円筒状の凹部４を加工し、他方の構造部材である他方の棒状部材３の端面８には凹部４と勘合する円筒状の凸部５を設け、両者をはめ合わせて、その接合面６で両者をろう付けしている。
【００１４】
このような被検査体である接合構造部材は、一方の棒状部材２外面形状が四角形で内部接合面形状が円筒形となり、互いに相似関係が無いもので、ここでは以下異形部材または異形接合部材と呼ぶ。接合強度はロウ付けの良し悪しに影響されるため、ロウ付けの接合面６の接合状態の良否を検査する必要がある。
【００１５】
その接合状態を検査する超音波検査装置は、集束ビーム型超音波探触子１を図３のＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の三次元方向及び凸部５の円筒状の円周沿い角度変位に相当するθ方向の角度を変位するスキャナ７４を備え、そのスキャナ７４で集束ビーム型超音波探触子１を棒状部材２の外側において走査する。集束ビーム型超音波探触子１や棒状部材２，３はプールの水面下に置かれ、集束ビーム型超音波探触子１と棒状部材２の間には水が超音波の伝達媒体として介在している。
【００１６】
スキャナ７４は他の構造部材から支持されたガイドフレーム７４ａと、ガイドフレーム７４ａと水平方向に直交するガイドフレーム７４ｂと、ガイドフレーム７４ｂの一端部分をＹ矢印方向に案内するガイドレール７４ｄと、ガイドフレーム７４ａとガイドフレーム７４ｂとの両方に直交する方向に延長されたガイドレール７４ｃとを備える。そのガイドフレーム７４ａにはモータＭＹで駆動されるネジ式送り装置７４ｅがガイドフレーム７４ｂと組合されて装備されている。そのため、ネジ式送り装置７４ｅが駆動されるとＹ矢印方向にガイドフレーム74ｂが移動できる。そのガイドフレーム７４ｂにはモータＭＸで駆動されるネジ式送り装置７４ｆがガイドフレーム７４ｃと組合されて装備されている。そのため、ネジ式送り装置７４ｆが駆動されるとＸ矢印方向にガイドフレーム７４ｃが移動できる。そのガイドフレーム７４ｃにはモータＭＺで駆動されるネジ式送り装置７４ｇが探触子ベースフレーム７４ｈと組合されて装備されている。そのため、ネジ式送り装置７４ｇが駆動されるとＺ矢印方向に探触子ベースフレーム７４ｈが移動できる。その探触子ベースフレーム７４ｈにはモータＭθでθ矢印方向に回転される集束ビーム型超音波探触子１が装備されている。したがって、スキャナ７４は集束ビーム型超音波探触子１のＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の三次元位置及びθ方向の角度を変える制御が行える。その制御のための信号は各走査位置と超音波入射角に応じて信号処理装置７０で演算されて作成され、スキャナ７４の制御装置７３に伝送され、その信号を受けた制御装置７３はスキャナ７４の各モータＭＸ，ＭＹ，ＭＺ，Ｍθを各走査位置と超音波入射角に応じた集束ビーム型超音波探触子１を位置及び姿勢に成るように制御している。
【００１７】
各走査位置では、接合面６と集束ビーム型超音波探触子１との間で集束ビーム型超音波探触子１から発信した超音波を送受信する。そして、集束ビーム型超音波探触子１が接合面６から反射してきた超音波を受信して、その受信信号に相当する電気信号を反射情報を含む信号として超音波検査装置の超音波送受信部７２へ伝送している。超音波受信部へ伝送したその信号から、超音波検査装置のピーク及び路程検出部７１が反射強度に相当するピークを検出して、ピークのレベルとそのピークを示した信号をコンピュータ（演算装置）である信号処理装置７０（通称パソコン）へ伝送する。
【００１８】
その信号処理装置７０は、伝送されてきた信号と反射波強度のピークレベルと、その信号の基と成った超音波の反射波を集束ビーム型超音波探触子１が受けた走査位置や接合面上の超音波の入射位置の角度φとをセットにしたデータに仕立てて信号処理装置７０の反射波情報記憶部７６へ記憶させる。記憶される走査位置の情報は、伝送されてきた信号に対応する受信信号が集束ビーム型超音波探触子１で受信された時のその集束ビーム型超音波探触子１の走査位置に係る座標データであり、その座標データは後述のように信号処理部７０で演算した座標データである。
【００１９】
図１５は、上述の信号処理装置７０を含む超音波探傷装置の全体を示す装置構成を示すブロック図であり、図１は本実施形態に係る超音波探傷装置の集束ビーム型超音波探触子１の走査方法の説明図である。その超音波探傷装置においては、信号処理装置７０の制御信号に基づいて集束ビーム型超音波探触子１が駆動され、集束ビーム型超音波探触子１から超音波が発信され、その超音波が水中を通過した後に被検査体内に入射されて検査部位である接合面６に集束して到達する。その接合面６が接合不良で音波の伝達効率が悪い状態となっていると、接合良好で音波の伝達効率が良い状態の場合よりも強い音響エネルギーを反射して、強い反射強度を含む超音波が集束ビーム型超音波探触子１に受信される。
【００２０】
集束ビーム型超音波探触子１で受信された超音波の反射波は集束ビーム型超音波探触子１によって反射強度に応じた振幅の電気信号に変換されて超音波送受信部７２に伝送され、その超音波送受信部７２で増幅される。超音波送受信部７２で増幅した信号は、ピーク及び路程検出部７１に伝送されて超音波の反射波の路程と反射波強度を検出されることになる。集束ビーム型超音波探触子１のＸ方向とＹ方向とＺ方向とθ角度方向の駆動を司るスキャナ７４は、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ制御装置７３によって制御される。信号処理装置７０には、集束ビーム型超音波探触子１で受信された超音波の強度分布や接合面の良否の判定結果を表示するCRTなどの映像表示装置７５が備わっている。
【００２１】
また、ピーク検索部７７，信号強度比較部７８，二値化処理記憶部７９，面積率，接合長集計部８０，合否判定部８１は信号処理装置７０内にセットされたプログラムを信号処理装置７０が実行することで機能するように構成されている。
【００２２】
最初に内部接合面の反射波情報を得る処理について説明する。図１６はその処理のフローチャートである。最初に被検査体の形状に合わせて探傷条件を信号処理装置７０に設定９０する。主な設定条件は、Ｘ−Ｙ走査範囲，反射波取込ピッチ，探触子走査速度，感度及びゲート範囲，接合面外径，表面と接合面の距離，材料音速，超音波を集束させる焦点位置などである。
【００２３】
次にこれら設定条件により超音波を集束させる焦点を検査面に沿って走査するための集束ビーム型超音波探触子１の走査軌跡や取込点数が信号処理装置７０で演算９１される。次に前記演算結果で得られた走査位置情報を制御装置７３に伝送し、制御装置７３で制御されたスキャナ７４が集束ビーム型超音波探触子１をＸ方向とＹ方向とＺ方向とθ軸方向に駆動制御して前記演算結果で得られた走査位置に集束ビーム型超音波探触子１を走査９２する。この走査で得られた所定のピッチ毎の各取込点における受信波形内の接合面の反射波が、ピーク及び路程検出部７１の時間ゲートにより抽出され、その反射波情報が反射波情報記憶部７６に記憶９３される。この記憶結果は、信号処理装置７０で超音波探触子１のＸ−Ｙ−Ｚ−θの走査位置データを基に二次元の配列データとして映像表示装置７５に表示９４される。表示する映像の縦軸は検査面のＹ方向の移動距離、また横軸は、検査面上でのＯを中心とする角度φ（もしくは接合面上での移動距離）で示される。そして、規定範囲を走査終了９５されれば走査は終了する。
【００２４】
次に、集束ビーム型超音波探触子１の具体的な走査方法と走査軌跡の演算方法について説明する。図１は、本実施形態に係る集束ビーム型超音波探触子１の走査方法の説明図である。角形の棒材２と同じ角形の棒材３とが、それぞれの端面７，８から一方は円筒形の凹部４、他方は円筒形の凸部５を加工してはめ合わせてロウ付けにより接合している。従って、ロウ付けした接合面６の円筒軸に垂直な断面は円形である。
【００２５】
集束ビーム型超音波探触子１は、超音波ビーム９を接合面上の一点（超音波の集束焦点１０）に集束することが出来る。この焦点位置を欠陥面に合わせ、かつ音軸を欠陥面に垂直になるように合わせた時、欠陥面の反射波強度は最大でかつ、方位分解能（横方向の分解能）も最良となる。今、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標の設定として、円筒形接合部を輪切りにした時の中心をＯ、横方向をＸ軸（左側を＋方向、右側を−方向とする）、縦方向をＺ軸（上側を−方向、下側を＋方向とする）、円筒形凸部の軸方向をＹ軸（手前側を−方向、奥側を＋方向とする）とする。また、集束ビーム型超音波探触子１の音波放射面（集束ビーム型超音波探触子１の前面の凹レンズ面）と音軸の交点をＰ（ｘｐ，ｙｐ）、液中焦点距離をＦ、前記Ｐと音波入射面である棒状部材２の上面１１までの音軸上の距離を液中距離ＷＰ、前記上面１１から接合面６までの音軸上の距離（＝焦点深さ距離）をＬ、前記上面１１への音波の音軸入射角度をθｉ、棒状部材２中への音波の音軸屈折角度をθｒ、水中（液中）の音速をＶ１、銅製の棒状部材２中の音速（銅中の音速）をＶ２とする。
【００２６】
今、断面が円形のろう付けした接合面６の円周面に焦点１０をあわせ、かつ接合面６の円周面に垂直に音波を入射し、接合面６の円周面に沿って中心Ｏ廻りの角度Δφ度ピッチで焦点位置を移動させる。集束ビーム型超音波探触子１が中心Ｏの真上にある時は、超音波は角型棒材の上面１１に垂直に入射しこの時の液中距離ＷＰは、概略下式で示される。
【００２７】
ＷＰ＝Ｆ−Ｌ・（Ｖ１／Ｖ２） …（１）
また、接合面６の円周面の中心Ｏ廻りの角度φ（＝θｒ）の位置に垂直に音波を入射する場合の入射角θｉは、スネルの法則を利用して下式で示される。
【００２８】
sinθｉ＝sinθｒ＊（Ｖ１／Ｖ２） …（２）
例えば、図１７に示すように、角型棒材の一片の長さを４６mm、円形のろう付け接合面６の半径を１８mm、中心Ｏの真上の接合面６と角型棒材の上面１１までの距離を５mmとし、水中焦点距離＝５０.８mm の集束ビーム型超音波探触子を用いて、水中（水中の音速Ｖ１＝１５００ｍ／ｓ）から銅中（銅中の音速Ｖ２＝４７５０ｍ／ｓ）の円周面の中心Ｏ廻りの角度φ＝１５°（＝θｒ）の位置に焦点を合わせ、かつ超音波を垂直に入射するには、上式（２）から、集束ビーム型超音波探触子の音軸の入射角θｉは４.７° 、また、幾何学的に接合面６上の点Ｆと角型棒材の上面１１上の点Ｓ間の距離Ｌは５.２mm となり、（１）式に代入して水中距離ＷＰは３４.３mm にすれば良いことがわかる。この時の音波放射面の音軸との交点Ｐの座標(Ｘｐ，Ｚｐ）は、座標中心ＯからそれぞれＸ＝−４.４mm，Ｚ＝５７.３mm となるので、超音波探触子１をスキャナによりこの位置に移動すれば良い。
【００２９】
したがって、集束ビーム型超音波探触子１の焦点をろう付けの接合面６上で所定の条件で走査するためには図３に示す様なＸ−Ｙ−Ｚ軸と、集束ビーム型超音波探触子１の角度を設定するθ軸を上記（１），（２）式をもとに算出した走査軌跡に沿うように超音波探触子１の走査を制御すれば良い。
【００３０】
Ｘ軸方向の走査は簡易的には図４に示す様に、上記走査軌跡と同じ軌跡を通るルート形状のレール２０などの機械的な機構を利用して拡散ビーム型超音波探触子１ａを移動しても良い。この時、拡散ビーム型超音波探触子１ａの発した超音波の入射角度θｉの調整機構を備えても良い。拡散ビーム型超音波探触子１ａの移動手段は、探触子ベースフレーム２０ａにレール２０を上下から挟んで複数の走行車輪２０ｂを設ける。その際、その走行車輪２０ｂがレール２０から脱輪乃至はスリップしないように構成する。その走行車輪２０ｂの一つを探触子ベースフレーム２０ａに搭載したモータ２０ｃで回転駆動するように構成する。その探触子ベースフレーム２０ａには拡散ビーム型超音波探触子１ａをモータ２０ｄで図３のθ矢印方向と同様な方向へ回転自在となるように装着する。このようなレール２０が一本の場合には、接合面６の一部分のみを検査するのであれば良いが、凸部円筒５の中心軸方向（図３のＹ矢印方向）の全域に検査範囲を拡張する場合には、その方向へレール２０を移動させる手段を必要とする。拡散ビーム型超音波探触子１ａは図３の例示で採用した集束ビーム型超音波探触子１であっても良い。
【００３１】
図９及び図１０は、集束ビーム型超音波探触子１の音軸の銅材中への屈折角度θｒを０°及び１５°に固定してそれぞれ接合部を映像化した例である。映像の縦軸は、接合面の周方向の中心Ｏ廻りの角度φ（反時計方向を＋φ、時計方向を−φ）を示し、横軸はＹ方向位置を示す。図９の屈折角θｒが０°では接合面６上面の角度φが０°から±２０°の範囲の欠陥（雲状の部分）が検出できている。また、図１０の屈折角θｒが１５°では、角度φが０°から超音波ビームを傾けた側の３０°までの欠陥が検出できる。当然、角度−φ側の範囲は超音波の集束ビームが接合面６に垂直に当たらないので、前述した反射特性の影響で検出性は低下する。従って、本発明によればろう付けの接合面６に対して超音波の集束焦点を合わせ，かつ垂直に超音波ビームの音軸が入射することにより欠陥の検出範囲を大幅に拡大して、しかも分解能良く検出することが出きるようになる。当然ながら、角度を傾けて入射した場合には、必要に応じて超音波入射効率の低下などによる送受信感度の低下を入射角度に合わせて補正する。
【００３２】
次に本発明による第２の処理である二値化処理の実施形態について、図１１の処理フローチャート図を用いて説明する。図１２は欠陥部の反射波をその強度に応じてＣスコープ（平面図）像として映像化する通常の超音波映像化装置の出力白黒画像で、接合面は平面であるので、超音波探触子１はＸ−Ｙの平面走査を行い、横軸がＸ方向位置、縦軸がＹ方向位置を示している。白く明るい部分が反射波強度が高い部分で明るさが低下する程反射波強度が低いことを示している。
【００３３】
この白黒画像はデータ値が０〜２５５の階調で得られる。最初に、ピークデータ検索５１として、データ値が高い方（２５５）から検索５２を開始し、検出したデータ値（例えば２４０）が処理対象データ値以上であるかを判定５３し、
Ｙｅｓの時は第１次選択情報としてそのデータ値と画像上の座標（探触子走査位置Ｘ及び接合面上の焦点位置（角度φ）に対応）を登録５４する。
【００３４】
次に、前記第１次選択情報のデータ値２４０とこのデータ値が得られた走査位置に対応する座標に隣接（所定のピッチで取り込んで配列した画像データの一つ隣のデータ）する座標のデータ値とを比較５６し、２４０より小さくまた２４０の半値（任意設定可）以上かを判定５７する。もしこの範囲内であれば第２次選択情報としてそのデータ値と画像上の座標を登録５９する。
【００３５】
次に、前記第１次選択情報のデータ値２４０と前記第２次選択情報データ値の外郭の走査位置に対応する座標に隣接する座標のデータ値を採取５６し、第２次選択情報のデータ値より小さく、また２４０の半値（任意設定可）以上かを判定５７する。もしこの範囲内であれば第３次選択情報としてそのデータ値と画像上の座標を登録５９する。
【００３６】
以下同様の処理を第１次選択情報のデータ値２４０の半値以下か、又は半値以上でも隣接データ値が１回前の選択情報のデータ値より大きくなる条件まで繰返す。なお、何れかの判定処理でデータ値が判定範囲外であればそのピークデータでの処理を中止し、それまでのデータ値とその座標を二値化データ値として登録５９する。次に新たに、同じデータ値が隣接しない他の場所にあるかを検索５８し、有れば同様の処理を行う。なければ次の大きさのピーク値を検索５１し最初に設定した処理対象のしきい値のデータ値になるまで同様の処理を行い終了する。
【００３７】
以上の結果、例えば図６のように、データ値が大小有るばあいにも、大きいデータ値から小さなデータ値までそれぞれに対応したピーク値を基に二値化処理ができる。
【００３８】
次に合否判定処理について説明する。図１３は上記二値化処理の結果である。Ｘ走査方向に１３点、Ｙ走査方向に１２点の全１５６個のデータが並んでいる。この内、左上の登録部は、ピーク値が６０でデータ値３０以上で９個が二値化データ（欠陥部）として登録された。また、右下の登録部は、ピーク値が２４０（４個）でデータ値１２０以上で４４個が二値化データとして登録された。この場合、欠陥部の面積率は（９＋４４）／１５６で約３３.９％となり、面積率の合格値を４０％とすれば合格の判定になる。
【００３９】
また、各ライン毎に合否の判定を行うこともできる。今縦方向（Ｙ方向）に二値化のデータ数を集計すると図１４のようになり、Ｘ位置７，８，９のラインでそれぞれ７個の二値化データ（欠陥部）が登録されている。すなわち、この３ラインでは健全部はそれぞれ５個（１２−７個）となる。この時、健全部の合格しきい値を６個とすると前記Ｘ位置７，８，９では不合格の判定となる。なお、ライン毎の集計方向は縦，横，斜め方向の何れでも良く、更に任意の位置を基点として健全部の個数が最も少なくなるようなラインを検索して合否判定を実施することもできる。
【００４０】
この結果，任意の方向毎に合否の判定が可能となり、面積率の合否判定に比べて更に詳細に合否判定の分析が可能となる。また、上記の二値化処理の実施例で説明した、処理結果の二値化画像やヒストグラム表示は、第三者が直視的に処理内容を把握できるようにしたもので、特にＣＲＴ等に表示しないで、合否判定の判定結果のみをＣＲＴ等に表示出力することもできる。以上の実施例で言う二値化或いは二値化処理とは、各選択情報が持つ超音波の反射波強度値に対してあるしきい値を設け、そのしきい値を越えたものを例えば“１”、しきい値以下のものを“０”と符号化する処理で、これら符号化したデータを二値化データ又は二値化情報と呼ぶ。すなわち、得られた各選択情報を、各走査位置に対応した二次元の配列データとして例えば信号処理装置７０のメモリー等に記憶し、該二次元の配列データの一端から対向する他端への所定の経路における各選択情報の配列データ個数を信号処理装置７０でソフト的に演算集計し、該集計結果が設定したしきい値を越えたか否かで接合面６の良否の判定を行い、該判定結果のみを映像表示装置７５のＣＲＴに表示出力してもよい。
【００４１】
また、以上の実施例では、一個の集束ビーム型超音波探触子１を超音波の発信用と受信用に兼用する兼用型（一探触子型）の超音波探触子を用いた超音波探傷装置として以下説明するが、二個の超音波探触子を用いてそのうちの一個を超音波の発信用に用い、他の一個を超音波の反射波の受信用に用いてもかまわない。
【００４２】
以上に説明したように、本発明の実施例による超音波検査方法及び超音波検査装置によれば、円筒形接合面の真上以外の範囲にも反射強度の高い状態での検査範囲が拡大できるので、接合面の検査精度が向上する。また、反射波強度分布画像において大きな反射波データから小さな反射波データまで一様に二値化処理が実施できるので、より詳細な検査が可能となる。なお、異形部材の形態は本発明の実施形態にとらわれる物ではなく、また、本発明の実施例での二値化処理法は、平面走査などにより得られる反射波強度分布画像に対しても有効である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の超音波検査方法及び超音波検査装置によれば、被検査体の外形と内部の接合面との形状に相似関係が無い場合にも各走査位置での検査において接合面からの反射条件を一様にできるので、接合面の検査精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による接合面の探傷方法における集束ビーム型探触子からの超音波の経路を示した図である。
【図２】拡散ビーム型探触子からの超音波の経路を示した図である。
【図３】本発明の実施例における探傷装置のスキャナの概略斜視図。
【図４】本発明の実施例における探傷装置の他のスキャナの概略斜視図。
【図５】超音波探傷装置の映像表示装置に表示された画像の説明図。
【図６】図５の図中Ｘ１−Ｘ２ラインの反射波強度分布の説明図。
【図７】従来の二値化しきい値が低い場合の超音波探傷装置の映像表示装置に表示された画像の説明図。
【図８】従来の二値化しきい値が高い場合の超音波探傷装置の映像表示装置に表示された画像の説明図。
【図９】本発明の実施例による超音波探傷装置の映像表示装置に表示された超音波反射強度分布画像をプリンターで書き写した図であり、（ａ）図は超音波入射角度が０°で得られる強度分布画像を、（ｂ）図は超音波入射角度が１５°で得られる強度分布画像を表している。
【図１０】本発明の実施例による超音波探傷装置の信号処理装置に組込まれたプログラムによる信号処理のフローチャートの一部を表した図。
【図１１】本発明の実施例による超音波探傷装置の信号処理装置に組込まれたプログラムによる信号処理のフローチャートの一部を表した図。
【図１２】本発明の実施例による超音波探傷装置の映像表示装置に表示された白黒画像による超音波反射強度分布画像をプリンターで書き写した図。
【図１３】本発明の実施例による超音波探傷装置の信号処理装置で処理されたデータによる二値化処理画像の解説図。
【図１４】本発明の実施例による超音波探傷装置の信号処理装置で処理されたデータによる二値化処理画像のライン毎の集計結果の解説図。
【図１５】本発明の実施例による超音波探傷装置の装置構成図。
【図１６】本発明の実施例による超音波探傷装置の信号処理装置に組込まれたプログラムのフローチャートの一部を表した図。
【図１７】本発明の実施例による超音波探傷装置の超音波探触子の走査軌跡の説明図である。
【符号の説明】
１…集束ビーム型超音波探触子、２，３…角形棒状部材、４…円筒状凹部、５…円筒状凸部、６…接合面、７，８…端面、９…超音波ビーム、１０…焦点、
７０…信号処理装置、７１…ピーク及び路程検出部、７２…超音波送受信部、
７３…制御装置、７４…スキャナ、７５…映像表示装置、７６…反射波情報記憶部、７７…ピーク検索部、７８…信号強度比較部、７９…二値化処理記憶部、
８０…面積率，接合長集計部、８１…合否判定部。

Claims

外形が四角の一方の棒状部材に加工した円筒状の凹部と、外形が四角の他方の棒状部材に加工した円筒状の凸部をはめ合わせてできる円筒状の接合面に対して、前記一方の棒状部材の外側で超音波検査装置の集束ビーム型超音波探触子を走査して、液中で前記接合面に対して前記集束ビーム型超音波探触子で超音波集束ビームを送信し、前記接合面からの前記超音波集束ビームの反射で発生した超音波を受信して得られた反射波情報に基づいて前記接合面の健全性を検査する超音波検査方法であり、前記集束ビーム型超音波探触子の前記各走査位置に応じて、前記一方の棒状部材の外表面から入射する超音波集束ビームの音軸が前記接合面に垂直に入射する様に、かつ前記超音波の集束ビームの焦点が前記接合面に合致するように、前記一方の棒状部材表面に入射する前記超音波集束ビームの音軸の入射角度θｉを、前記一方の棒状部材中に屈折して伝播する前記超音波集束ビームの音軸が、前記接合面の形状を成す円筒状の円の接線に垂直になるように下記の（２）式により算出し、また、前記超音波集束ビームの音軸上における前記集束ビーム型超音波探触子の音波放射面と前記一方の棒状部材表面との距離ＷＰを、下記の（１）式により算出し、これらの算出結果に基づき前記入射角度θｉ及び前記距離ＷＰにあわせて前記一方の棒状部材に対する前記集束ビーム型超音波探触子の向きと位置を調整して、前記接合面と前記集束ビーム型超音波探触子の間で超音波を送受信する超音波検査方法。
ＷＰ＝Ｆ−Ｌ・（Ｖ１／Ｖ２） …（１）式
sin θｉ＝ sin θｒ＊（Ｖ１／Ｖ２） …（２）式
但し、前記 ( １ ) ， ( ２ ) 式で、θｒは前記一方の棒状部材中への超音波の音軸屈折角度を、Ｖ１は超音波の液中の音速を、Ｖ２は超音波の一方の棒状部材中の音速を、Ｆは前記集束ビーム型超音波探触子における超音波の液中焦点距離を、Ｌは前記一方の棒状部材表面から接合面までの超音波音軸上の距離を表す。
請求項１において、前記各走査位置において得られた前記反射波情報の内、反射波強度が第１の検索条件に設定したレベルに合致した前記反射波情報を選択し、
前記選択した反射波情報の内の一つについて、前記反射波情報を第１次選択情報とし、
前記第１次選択情報と前記第１次選択情報が得られた走査位置に隣接した他の前記走査位置の他の前記反射波情報とを、前記他の反射情報が前記第１次選択情報に基づいて設定された反射波強度を有する第１の条件に該当するか該当しないかについて第１の比較を行い、
前記第１の比較の結果、前記他の反射情報が前記第１の条件に該当する場合は、前記他の反射情報を得た前記他の走査位置と前記他の反射波情報を第２次選択情報とし、
次に、前記第１次選択情報と前記第２次選択情報とを一群とし、前記一群の各選択情報が得られた各走査位置の内、最外郭の走査位置に隣接した更に他の走査位置の更に他の前記反射波情報とを、前記更に他の反射情報が前記第１次選択情報に基づいて設定された反射波強度を有し且つ前記第２次選択情報の反射波強度と相違する第２の条件に該当するか該当しないかについて第２の比較を行い、
前記第２の比較の結果、前記更に他の反射情報が前記第２の条件に該当する場合は、前記更に他の反射波情報を得た前記他の走査位置と前記更に他の反射波情報を第３次選択情報とし、
以下、前述と同様の選択情報の識別処理を反射波強度が予め設定した閾値以上の反射波強度を有する前記反射情報に対して繰返すことで複数次の一群の選択情報を得、
次に、前記第１の検索条件に設定した反射波強度に係る情報とは異なる反射波強度に係る情報を設定した第２の検索条件を設定し、
前記第２の検索条件下で前述と同様の選択情報の識別処理を反射波強度が予め設定した他の閾値以上の反射波強度を有する前記反射情報に対して行うことで複数次の他の一群の選択情報を得る超音波検査方法。
請求項２において、前記集束ビーム型超音波探触子により超音波を送受信して前記複数次の選択情報を生成し、前記複数次の選択情報を前記各走査位置に対応した二次元の配列データとし、前記二次元の配列データの一端から対向する他端への所定の経路における前記複数次の選択情報のデータ数を集計し、前記集計の結果が設定したしきい値を越えたか否かを比較して前記接合面の良否を判定する超音波検査方法。
超音波検査装置の集束ビーム型超音波探触子を、外形が四角の棒状部材の外表面の一平面と平行な面で、前記棒状部材の長手方向とそれと直行する方向のＸ−Ｙ平面内で走査し、かつ、前記一表面との距離を調整するＺ軸方向及び、前記一表面における前記長手方向と直行する方向で、前記集束ビーム型超音波探触子の前記棒状部材の外表面への超音波の入射角度を調整する機能を有するスキャナと、
前記集束ビーム型超音波探触子と前記棒状部材内の円筒状の接合面との間で送受信される超音波集束ビームの焦点を前記接合面に合致させ、かつ前記超音波集束ビームの音軸が前記接合面に垂直に入射するように前記集束ビーム型超音波探触子の角度及び位置を演算する演算手段と、
前記演算手段で求められた角度及び位置に基づいて前記集束ビーム型超音波探触子の向き及び位置を制御する前記スキャナの制御手段と、を備えた超音波検査装置。
請求項４において、前記超音波検査装置は検査部位で反射した超音波を前記超音波探触子で受信して得られた反射波情報の処理手段を有し、
前記処理手段は、前記反射波前記超音波探触子の各走査位置において得られた反射波情報の内、反射波強度が第１の検索条件に設定したレベルに合致した前記反射波情報を選択するピーク検索手段と、
前記選択した反射波情報の内の一つについて、前記反射波情報を第１次選択情報とし、前記第１次選択情報と前記第１次選択情報が得られた走査位置に隣接した他の前記走査位置の他の前記反射波情報とを、前記他の反射情報が前記第１次選択情報に基づいて設定された反射波強度を有する第１の条件に該当するか該当しないかについて比較する第１の比較手段と、
前記第１の比較の結果、前記他の反射情報が前記第１の条件に該当する場合は、前記他の反射情報を得た前記他の走査位置と前記他の反射波情報を第２次選択情報とし、前記第１次選択情報と前記第２次選択情報とを一群とし、前記一群の各選択情報が得られた各走査位置の内、最外郭の走査位置に隣接した更に他の走査位置の更に他の前記反射波情報とを、前記更に他の反射情報が前記第１次選択情報に基づいて設定された反射波強度を有し且つ前記第２次選択情報の反射波強度と相違する第２の条件に該当するか該当しないかについて比較を行う第２の比較手段と、
前記第２の比較の結果、前記更に他の反射情報が前記第２の条件に該当する場合は、前記更に他の反射波情報を得た前記他の走査位置と前記更に他の反射波情報を第３次選択情報とし、以下、前述と同様の選択情報の識別処理を反射波強度が予め設定した閾値以上の反射波強度を有する前記反射情報に対して繰返すことで複数次の一群の選択情報を生成する手段と、
前記第１の検索条件に設定した反射波強度に係る情報とは異なる反射波強度に係る情報を設定した第２の検索条件を設定し、前記第２の検索条件下で前述と同様の選択情報の識別処理を反射波強度が予め設定した他の閾値以上の反射波強度を有する前記反射情報に対して行うことで複数次の他の一群の選択情報を生成する手段と、を備えている超音波検査装置。
請求項５において、前記複数次の選択情報を前記各走査位置に対応した二次元の配列データとする手段と、
前記二次元の配列データの一端から対向する他端への所定の経路における前記複数次の選択情報のデータ数を集計する集計手段と、
前記集計の結果が設定したしきい値を越えたか否かを比較する合否判定手段とを備えた超音波検査装置。